Составители:
Рубрика:
группы железа с недостроенной 3d – оболочкой и редкоземельные
элементы с недостроенной 4f –оболочкой.
Наличие незаполненных внутренних электронных оболочек является
необходимым, но не достаточным условием возникновения
ферромагнетизма. Необходимо еще наличие достаточно сильного
внутреннего молекулярного поля, приводящего к параллельному
выстраиванию спиновых магнитных моментов. В 1928 г. Френкелем было
показано, что молекулярное поле имеет электростатическую природу и
возникает в результате обменного взаимодействия электронов внутренних
оболочек атомов. Это взаимодействие является следствием квантовой
природы частиц и принципа Паули. Оно связано с симметрией волновой
функции многоэлектронной системы по отношению к перестановке
электронов. Согласно принципу Паули, полная волновая функция должна
быть антисимметричной, т.е. изменять знак при перестановке электронов.
При параллельной
ориентации спинов спиновая часть волновой функции
симметрична. Поэтому координатная часть должна менять знак при
перестановке координат электронов, что уменьшает вероятность
сближения электронов на малые расстояния и тем самым способствует
уменьшению энергии электростатического отталкивания, что и
определяет энергетическую выгодность параллельной ориентации спинов
по сравнению с антипараллельной. С другой стороны, параллельная
ориентация спинов
в областях спонтанной намагниченности заставляет
электроны занимать более высокие уровни энергетической зоны, что
сопровождается увеличением их кинетической энергии. Таким образом,
электростатическая энергия системы будет зависеть от относительной
ориентации спинов. Разность энергий, отвечающих двум этим ситуациям,
определяет
обменную энергию.
Обменную энергию двух электронов можно записать в виде: - 2J s
1
s
2
,
где J – обменный интеграл, величина которого зависит от степени
перекрывания распределения зарядов электронов. Изменение энергии
всей системы атомов и ионов при изменении взаимной ориентации их
спиновых моментов может быть теперь записано следующим образом:
U
обм
= - 2ΣJ
ij
S
i
S
j
(25)
где J
ij
- обменные интегралы, S
i,
S
j
– результирующие спиновые
моменты взаимодействующих атомов. Суммирование ведется по всем
парам атомов или ионов. Модель ферромагнетика, в которой исходят из
выражения для энергии вида (25), называется
моделью Гейзенберга.
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 92
- 93
- 94
- 95
- 96
- …
- следующая ›
- последняя »
